MODELADO Y MONITORIZACIÓN DE UNA BOMBA DE CALOR DE PROPANO PARA EL ANÁLISIS DE CONTROL DEL SISTEMA

Abstract

[ES] El objetivo de este trabajo de fin de Master fue el análisis de rendimiento de un sistema de calor no convencional basado en una bomba de calor de propano. El trabajo se baso en la monitorización y posterior modelado de la instalación. Para empezar, el proyecto se centro en monitorizar el sistema, para el correcto modelado era necesario disponer de todos los datos de la instalación. Para ello, el primer paso fue identificar las variables necesarias para el análisis completo, siendo necesario los datos de temperatura y presión para el cálculo de potencias, flujos y análisis de energía. La instalación, localizado en Åkersberga (Suecia), fue monitorizado con una combinación de los instrumentos de medida de ClimaCheck con prototipos de sensores de temperatura de bajo coste wireless diseñado y desarrollados por el laboratorio de tecnología energética de la KTH. La segunda fase del proyecto fue el recopilado de estos datos, incluyendo múltiples datos ambientales de temperatura, humedad relativas, velocidad del viento y radiación solar. Además, una interface tipo web fue desarrollada por la KTH para mostrar y procesar las datos obtenidos. Una vez la instalación estuvo monitorizada correctamente, el proyecto se centro en el modelado de la misma. La unidad de la bomba de calor fue modelada usando IMST-ART. IMST-ART es un software avanzado desarrollado por la Universidad Politécnica de Valencia para el análisis y optimización de los sistemas de refrigeración y sus componentes. Por lo tanto, con IMST-ART se llevo a cabo la construcción de la bomba de calor con el objetivo de obtener resultados aproximados a los resultados medidos en la instalación. El modelo completo del sistema de calor fue realizado gracias a TRNSYS. El modelo incluye la bomba de calor, modelada previamente en IMST-ART, los dos tanque de almacenamiento y el resto de componentes del sistema. Finalmente, el modelo fue utilizado para realizar un estudio paramétrico y valorar la posibilidad de utilizar tanques de almacenamiento de tamaños más convencionales. Así que, empezando por una instalación de calor que era el resultado de una renovación parcial de una instalación anterior, y después del análisis de rendimiento a través de las actividades de monitorizado y modelado, se realizo un estudio paramétrico para analizar el rendimiento con el objetivo de mejorar y optimizar los componentes de la instalación.

[EN] The objective of this master thesis was the performance analysis of a non-conventional heating system layout based on a propane heat pump unit. The objective has been pursued by monitoring and modelling the system. First, the project focused on monitoring the system, since for a correct modelling it was necessary to have all the data of the system. For this, the first step was to identify the necessary variables for the complete analysis, being temperatures and pressures as necessary as data for the calculation of power, flows and energetic analyses. The system, located in Åkersberga (Sweden), was instrumented for monitoring purposes with a combination of ClimaCheck solution and prototypes of low-cost wireless temperature sensors designed and developed at KTH Energy Technology lab. The second phase of the project was the collection of this data, including multiple weather sources of ambient temperatures, relative humidity, wind speed and solar radiation. In addition, a web interface had been developed at KTH for displaying and processing the measurements. Once the installation was correctly monitored, the project focused on the modelling of the installation. The Heat Pump unit was modelled by means of IMST-ART. IMST-ART is an advanced software developed by the Polytechnic University of Valencia for the analysis and optimization of refrigeration equipment and components. With IMST-ART, therefore, the construction of a model was carried out with the aim to obtain results that approximates as much as possible to the data measured in the installation. The model of the heating systems was modelled by means of TRNSYS. This model included the heat pump, previously modelled with IMST-ART, the two storage tanks and all the other components of the system. Finally, this model was used to perform a parametric study to investigate the possibility of adopting this system layout to a system with storage tanks of more conventional sizes. So, starting from a system layout that was the result of a partial heating system renovation, after analysing the performance through the monitoring and modelling activity, a parametric study was performed to analyse the system performance with focus on possible improvement of the system control and optimization of components.